CN113932917B - 一种振动传感器校准系统输出信号控制方法 - Google Patents

一种振动传感器校准系统输出信号控制方法 Download PDF

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Abstract

一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，根据待输出信号频率确定输出所需的采样速率；依据采样速率生成相匹配的输出采样序列，使采样序列的大小满足所需输出信号单周期点数的整数倍以及信号相位从零开始的要求；待数据采集与信号发生器的输出缓存中输出序列倒计数到至零，需要输出最新的写入信号时，计算机开始判断是否达到设定的目标幅值，在未达到设定的目标幅值前根据设定的目标幅值划分的不同幅值信号进行逼近，并自动调整输出信号的幅值，生成新的序列作为输出序列；达到设定的目标幅值后开始计算被校准传感器的特性指标并通过调整幅值逐步衰减振动台振幅或直接切换到下一个频率点。本发明提高振动传感器的校准精度和校准效率。

Description

一种振动传感器校准系统输出信号控制方法
【技术领域】
本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种振动传感器校准系统输出信号控制方法。
【背景技术】
振动传感器在现代测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来并换为与之成比例的电量，通过分析振动传感器产生的电量信号可以评估机械设备当前的运行状态，更深层次的通过对历史数据的挖掘可以预警机械设备将要发生的故障，因此高精度振动传感器的制造技术一直被世界各国列为尖端技术。
振动传感器已大量应用于军事、航天和工业控制等重要领域，在生产和使用过程中都需要用到振动校准系统进行检测，振动传感器的校准系统中输出信号对振动台的振动控制直接影响着校准结果的准确性，因此找到一种稳定、有效的振动校准系统输出信号控制方法来解决校准的准确性问题显得尤为重要。
目前，振动传感器的校准系统的输出信号控制方法，是由函数信号发生器或通过计算机产生用户输入的频率、振幅的正弦信号发送给数据采集与信号发生器，数据采集与信号发生器直接将输出信号给功放控制振动台振动，再由标准传感器检测到的振动台实时振幅和频率进行比较判断是否达到设定的频率和幅值，从而实现输出信号的控制。这种方式的主要缺陷在于：
一、在输出信号改变幅值和切换频点的控制过程中，由于未使数据采集与信号发生器的采样序列等于输出信号单周期点数的整数倍，会使上一段信号和下一段信号之间的连接相位不连续而引起振动台的多余的或突发的冲击振动，当这种异常振动的能量较大时甚至会损坏振动台。
二、数据采集与信号发生器的输出缓存未采用可靠的缓存管理机制，偶尔会出现输出数据的不连续，而导致振动台出现不可预期的突然停止工作，从而影响振动台的正常使用。
三、由于未对写入数据采集与信号发生器的输出信号实际输出的状态进行跟踪，导致存在不知道当前振动是否是最新写入的信号产生的振动，如果不是最新写入的信号产生的振动，而是因为存在上次与本次结合的多种信号产生的振动被标准传感器采集并判断到已经达到设定目标值，此时计算被校准传感器的指标往往是不合格的或达不到校准要求的精度。
有鉴于此，本发明人研发出一种克服现有技术缺陷的振动传感器校准系统输出信号控制方法，遂有本案产生。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，以实现输出信号的数据输出连续性，以及用于计算被校准传感器特性指标的振动数据的准确采样，通过保证输出信号相位的连续性，消除输出信号在频率和幅值变化过程中的突变和跳跃性。
本发明是这样实现的：
一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，包括如下步骤：
步骤一：振动传感器校准系统输出信号为正弦信号，正弦信号表达式
Figure BDA0003356794650000021
Figure BDA0003356794650000022
其中A为输出信号振幅、f为输出信号频率、
Figure BDA0003356794650000023
为输出信号相位，可知输出信号控制的参量为频率、振幅、相位；根据待输出信号频率f确定输出信号所需的采样速率fs，满足fs≥2f，保证输出信号采样不失真；
步骤二：根据设定的目标幅值划分不同幅值“A划”等级的输出信号进行逼近，幅值步长“A步”不大于设定目标幅值的50％，以确保振动台的振幅平稳的增大；
步骤三：依据步骤一确定的采样速率生成每段输出信号的采样序列并使采样序列的大小“Samples”等于输出信号单周期点数的整数倍N，即满足式(1)；
Figure BDA0003356794650000031
步骤四：确保每段输出信号的起始相位为0°，结合步骤三的采样序列的生成规则，可使每段输出信号的结束相位为360°，当输出下一段信号时可确保上一段信号与下一段信号之间相位的连续性，即0°→360°→0°；
步骤五：将输出信号发送给数据采集与信号发生器，数据采集与信号发生器将输出信号先写入到其内部的输出缓存作为输出序列再开始对外输出，以确保写入和输出数据的同步及对外输出信号的连续，输出缓存设定的大小“BuffSize”控制在每次写入数据块长度的2m倍，即输出缓存大小为2m倍的Samples，满足式(2)
BuffSize＝2m*Samples(m≥3) 式(2)；
当往输出缓存写入数据时，输出缓存中数据的数量大于BuffSize的二分之一后将控制暂停往缓存写入数据，待输出缓存中数据的数量小于BuffSize的二分之一后将开始接收新的写入数据。同时数据采集与信号发生器对输出缓存中输出序列开始计数并反馈给计算机，计数值记为“Num”，已输出信号经过功放后驱动振动台振动；
步骤六：待输出序列倒计数到至零，数据采集与信号发生器计数到已经开始输出最新的写入信号时，即满足式(3)
(n-1)*Samples≤Num≤n*Samples(n＝1，2，3…) 式(3)；
其中n为写入至输出缓存的输出信号的次数，可确保振动台产生的振动是第n次写入的信号产生的振动，此时计算机控制数据采集与信号发生器开始从仪器的采集端口读取标准传感器的数据“A标”进行判断是否达到设定的目标幅值，在未达到设定的目标幅值前自动调整输出信号的幅值，调整规则：“A划”与“A标”的差值大于“A步”时按“A标+A步”设置，不足“A步”时按“A划”设定；
步骤七：重复步骤五至步骤六，自动调整输出信号的幅值，生成新的采样序列作为输出序列，直至达到设定的目标幅值后开始计算被校准传感器的特性指标并通过调整幅值逐步衰减振动台振幅或直接切换到下一个频率点。
进一步地，所述输出序列，至少有两个分区，一个用于正在输出序列，另一个用于待输出序列；正在输出序列倒计数至零时会自动转化为待输出序列，之前的待输出序列则自动转化为正在输出序列；在正在输出序列输出时校准系统从标准传感器读取数据，当倒计数至零时，分析数据并生成写入新的待分析数据序列。
进一步地，还包括：步骤八：当进行多个频点扫频测量时，重复步骤一至步骤七即可实现对扫频测量过程输出信号的控制。
进一步地，所述步骤七中，被校准振动传感器的特性指标，包括：灵敏度。
本发明的优点在于：本发明通过控制输出信号与数据采集和信号发生器采样速率的关系和对输出信号的实时跟踪，实现输出信号的数据输出连续性，以及用于计算被校准传感器特性指标的振动数据的准确采样。通过保证输出信号相位的连续性，消除输出信号在频率和幅值变化过程中的突变和跳跃性，从而确保振动传感器校准系统的稳定运行以及振动传感器的高精度校准。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的振动传感器校准系统结构示意图。
图2是本发明的方法流程示意图。
【具体实施方式】
如图1和图2所示，一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，包括以下步骤：
步骤一：振动传感器校准系统输出信号为正弦信号，正弦信号表达式
Figure BDA0003356794650000041
Figure BDA0003356794650000042
其中A为输出信号振幅、f为输出信号频率、
Figure BDA0003356794650000043
为输出信号相位，可知输出信号控制的参量为频率、振幅、相位；根据待输出信号频率f确定输出信号所需的采样速率fs，满足fs≥2f，保证输出信号采样不失真；
步骤二：根据设定的目标幅值划分不同幅值“A划”等级的输出信号进行逼近，幅值步长“A步”不大于设定目标幅值的50％，以确保振动台1振幅平稳的增大；
步骤三：依据步骤一确定的采样速率生成每段输出信号的采样序列并使采样序列的大小“Samples”等于输出信号单周期点数的整数倍N，即满足式(1)；
Figure BDA0003356794650000051
步骤四：确保每段输出信号的起始相位为0°，结合步骤三的采样序列的生成规则，可使每段输出信号的结束相位为360°，当输出下一段信号时可确保上一段信号与下一段信号之间相位的连续性(0°→360°→0°)；
步骤五：将输出信号发送给数据采集与信号发生器5，数据采集与信号发生器5将输出信号先写入到其内部的输出缓存作为输出序列再开始对外输出，以确保写入和输出数据的同步及对外输出信号的连续，输出缓存设定的大小“BuffSize”控制在每次写入数据块长度的2m倍，即输出缓存大小为2m倍的Samples，满足式(2)
BuffSize＝2m*Samples(m≥3)
式(2)；
当往输出缓存写入数据时，输出缓存中数据的数量大于BuffSize的二分之一后将控制暂停往缓存写入数据，待输出缓存中数据的数量小于BuffSize的二分之一后将开始接收新的写入数据。同时数据采集与信号发生器5对输出缓存中输出序列开始计数并反馈给计算机4，计数值记为“Num”，已输出信号经过功放6后驱动振动台1振动；
步骤六：待输出序列倒计数到至零，数据采集与信号发生器5计数到已经开始输出最新的写入信号后，即满足式(3)
(n-1)*Samples≤Num≤n*Samples(n＝1，2，3…)
式(3)；
其中n为写入至输出缓存的输出信号的次数，可确保振动台1产生的振动是第n次写入的信号产生的振动，此时计算机4控制数据采集与信号发生器5开始从仪器的采集端口读取标准传感器2的数据“A标”进行判断是否达到设定的目标幅值，在未达到设定的目标幅值前自动调整输出信号的幅值，调整规则：“A划”与“A标”的差值大于“A步”时按“A标+A步”设置，不足“A步”时按“A划”设定；
步骤七：重复步骤五至步骤六，自动调整输出信号的幅值，生成新的序列作为输出序列，直至达到设定的目标幅值后开始计算被校准传感器3的特性指标(如：灵敏度)并通过调整幅值逐步衰减振动台1振幅或直接切换到下一个频率点；
步骤八：当进行扫频测量时(多个频点测量)，重复步骤一至步骤七即可实现对扫频测量过程输出信号的控制。
为了保证连续输出要求，输出序列一般至少有两个分区，一个用于正在输出序列，一个用于待输出序列。一方面，正在输出序列倒计数到至零时会自动转化为待输出序列，之前的待输出序列则自动转化为正在输出序列；另一方面，在正在输出序列输出时校准系统从标准传感器读取数据，当倒计数至零时，分析数据并生成写入新的待分析数据序列。本发明一方面保证数据输出连续性，另一方面最大程度减少输出信号在频率和幅值变化过程中的突变和跳跃性，使得振动传感器校准系统协调工作，获得稳定的信号特征，以提高振动传感器的校准精度和校准效率。
本发明通过控制输出信号与数据采集和信号发生器采样速率的关系和对输出信号的实时跟踪，实现输出信号的数据输出连续性，以及用于计算被校准传感器特性指标的振动数据的准确采样。通过保证输出信号相位的连续性，消除输出信号在频率和幅值变化过程中的突变和跳跃性，从而确保振动传感器校准系统的稳定运行以及振动传感器的高精度校准。
以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：振动传感器校准系统输出信号为正弦信号，正弦信号表达式
Figure FDA0003608464090000011
Figure FDA0003608464090000012
其中A为输出信号振幅、f为输出信号频率、
Figure FDA0003608464090000013
为输出信号相位，可知输出信号控制的参量为频率、振幅、相位；根据待输出信号频率f确定输出信号所需的采样速率fs，满足fs≥2f，保证输出信号采样不失真；
步骤二：根据设定的目标幅值划分不同幅值“A划”等级的输出信号进行逼近，幅值步长“A步”不大于设定目标幅值的50％，以确保振动台的振幅平稳的增大；
步骤三：依据步骤一确定的采样速率生成每段输出信号的采样序列，并使采样序列的大小“Samples”等于输出信号单周期点数的N倍，N为整数，即满足式(1)
Figure FDA0003608464090000014
步骤四：确保每段输出信号的起始相位为0°，结合步骤三的采样序列的生成规则，可使每段输出信号的结束相位为360°，当输出下一段信号时可确保上一段信号与下一段信号之间相位的连续性，即0°→360°→0°；
步骤五：将输出信号发送给数据采集与信号发生器，数据采集与信号发生器将输出信号先写入到其内部的输出缓存作为输出序列再开始对外输出，以确保写入和输出数据的同步及对外输出信号的连续，输出缓存设定的大小“BuffSize”控制在每次写入数据块长度的2m倍，即输出缓存大小为2m倍的Samples，满足式(2)
BuffSize＝2m*Samples(m≥3) 式(2)；
当往输出缓存写入数据时，输出缓存中数据的数量大于BuffSize的二分之一后将控制暂停往缓存写入数据，待输出缓存中数据的数量小于BuffSize的二分之一后将开始接收新的写入数据；同时数据采集与信号发生器对输出缓存中输出序列开始计数并反馈给计算机，计数值记为“Num”，已输出信号经过功放后驱动振动台振动；
步骤六：待输出序列倒计数到至零，数据采集与信号发生器计数到已经开始输出最新的写入信号时，即满足式(3)，
(n-1)*Samples≤Num≤n*Samples (n＝1，2，3…) 式(3)；
其中n为写入至输出缓存的输出信号的次数，可确保振动台产生的振动是第n次写入的信号产生的振动，此时计算机控制数据采集与信号发生器开始从仪器的采集端口读取标准传感器的数据“A标”进行判断是否达到设定的目标幅值，在未达到设定的目标幅值前自动调整输出信号的幅值，调整规则：“A划”与“A标”的差值大于“A步”时按“A标+A步”设置，不足“A步”时按“A划”设定；
步骤七：重复步骤五至步骤六，自动调整输出信号的幅值，生成新的序列作为输出序列，直至达到设定的目标幅值后开始计算被校准传感器的特性指标并通过调整幅值逐步衰减振动台振幅或直接切换到下一个频率点。
2.如权利要求1所述的一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，其特征在于：所述输出序列，至少有两个分区，一个用于正在输出序列，另一个用于待输出序列；正在输出序列倒计数至零时会自动转化为待输出序列，之前的待输出序列则自动转化为正在输出序列；在正在输出序列输出时校准系统从标准传感器读取数据，当倒计数至零时，分析数据并生成写入新的待分析数据序列。
3.如权利要求1或2所述的一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，其特征在于：还包括：
步骤八：当进行多个频点扫频测量时，重复步骤一至步骤七即可实现对扫频测量过程输出信号的控制。
4.如权利要求1所述的一种振动传感器校准系统输出信号控制方法，其特征在于：所述步骤七中，被校准振动传感器的特性指标，包括：灵敏度。
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